荆丘油田套管变形机理及防治方法

从华北荆丘油田套管变形井段的地层岩性、固井水泥和套管钢材的力学性能测定入手,验证了地应力引起的岩石塑性流动是导致套管变形的主要因素,提出了套管变形的计算力学模型,用弹塑性有限元软件进行了仿真计算,并以此为基础,提出了防治套管变形的几种方法。对这类油田新井套管柱设计和老井修复,具有重要的理论指导意义。     

蠕变地层与油井套管相互作用力学模型

在油井生产过程中,地层的蠕变使套管承受的外部挤压载荷逐渐接近于上覆岩层压力。当套管的外部挤压载荷大于套管的抗挤强度时,套管将产生屈服、变形甚至破裂。目前采用的蠕变地层与套管相互作用的力学模型存在理论上的错误,无法正确计算套管的外部挤压载荷。根据实际建井过程和力学原理,建立了正确的蠕变地层与套管相互作用的力学模型。如果地层不具有蠕变性,地应力不会作用在套管上;如果地层具有蠕变性,且持续时间比较长时,套管所受的外挤载荷为地层的上覆岩层压力。现场检测到的套管非轴对称形变主要是由套管壁厚不均匀、材质不均匀、套管受到刮伤及套管一侧黏土膨胀等因素所致,而不是地层的非均匀地应力造成的。     

水平井套管弯曲力学模型与计算分析

给出了对水平并段套管柱在具有初始曲率时进行弯曲分析的力学模型，介绍了模型中相关载荷参数的确定方法，运用这种方法可精确和方便地计算套管柱的最大挠度和最大弯曲正应力。指出有的文献未考虑端面弯矩的存在，或虽论及端面弯矩的影响却未给出确定端面弯矩的方法。据此，作者运用等截面杆的转角位移方程和静力平衡、变形协调条件确定了端面弯矩，从而正确地分析套管柱的弯曲。     

深部倾斜盐岩地层套管应力及变形研究

针对川东北盐岩地层套管挤毁变形问题,建立了深部倾斜盐岩地层-水泥环-套管组合体三维有限差分模型,研究了非均匀地应力作用下地层倾角、井斜角、盐岩地层厚度及盐岩力学参数对套管等效应力和变形量的影响。研究结果表明:蠕变1 a时,套管内壁最大等效应力和套管内径最大变形量随着地层倾角和井斜角的增大而同时增大,且地层倾角的影响程度明显大于井斜角,随着盐岩地层岩石力学性质的增强而同时降低,即层间岩石力学性质差异越小,套管安全系数越高;当地层倾角和井斜角较大时,套管的最大变形量随着盐岩地层厚度的增大呈线性增加;利用建立的三维数值模型可以对一定地质条件下的深部倾斜盐岩地层套管的变形趋势进行重现和预测。研究结果对于预防和解决川东北油气田盐岩地层套管损坏问题、优化盐岩地层钻井设计及套管强度设计具有较高的理论参考价值。     

基于震源机制的套管变形量控制方法研究

基于震源机制基本方程,研究了水力压裂过程中断层滑移量和矩震级的关系;进一步建立了断层滑移条件下的套管-水泥环-地层组合体数值模型,分析了断层滑移条件下的套管变形规律,从而明确套管变形量和矩震级的关系。结论认为：压裂过程中矩震级小于2级时,地层滑移量基本为0,矩震级大于2级时,地层滑移量随着矩震级的增加呈指数增加;套管变形量的主要影响因素为地层滑移距离,增加套管钢级、壁厚不能完全防止套管变形;矩震级小于3级时,套管变形量基本为0,矩震级大于3级时,套管变形量随着矩震级的增加呈指数增加,建议多级压裂过程中监测到矩震级接近3级时,降低施工强度或者停止施工,防止地层滑移导致套管变形。     

套管变形的计算机仿真

利用弹塑性有限元法编写的套管变形计算机仿真软件,可以方便地模拟套管外壁受任意均匀或非均匀载荷的作用,并观察其弹塑性变形过程,这是研究套管变形的一种新方法和新手段。本文首次提出套管承受非均匀载荷抗挤强度的新概念及其表达式,因此,可以与均匀载荷作用下的套管比较其抗挤强度的降低程度。通过套管变形计算机仿真模拟,提出了一种抵抗非均匀载荷作用的有效方案,即使用双层组合套管。目前正在华北油田实施。     

蠕变地层中套管的附加载荷

研究了地层的蠕变特性对油水井套管载荷的影响。首先将套管看作纯弹性,套管的蠕变载荷从零开始,随时间增长而增大,在经过充分时间后,它趋于一个稳定的即最大的载荷分布,这个载荷分布在数值上不超过原场最大水平主应力值的2倍。对蠕变地层中套管的选用有重要的参考价值。     

复合盐层套管外挤压力动态变化规律研究

盐岩地层套管外挤压力通常按上覆岩层压力进行设计。现场资料表明，以此为依据所设计的套管有时仍然不能满足盐层套管抗外挤强度的要求。利用研究区块复合盐岩地层上、下泥岩的岩石力学参数及地应力值，运用数值模拟方法，反演得到盐层地应力，在试验获得盐岩蠕变特性参数基础上，对套管支护的盐层井壁围岩进行蠕变分析，得到盐岩地层套管外挤压力动态变化规律。在构造应力的作用下，盐层的地应力场是非均匀的，盐岩蠕变导致套管受到的外挤压力是动态变化的。对于复合盐岩地层的套管柱设计，应该充分考虑构造应力场的非均匀性、盐岩的蠕变特性以及套管的设计寿命。     

蠕变地层中套管外载的有限元数值分析法

地应力与井眼稳定、井筒压力系统控制、井眼井斜及方位的控制和井身 结构的确定紧密相关。因此地应力场的研究是钻井工种设计的基础工作之一。目前国内外对地应力作用下的套管外载的研究非常重视，相继开展了室内模拟试验和有关理论的研究。文中主要用有限元数值分析法研究蠕变地层中地应力对套管外载的影响。     

套管错断的原因及解决办法

套管错断由岩石断裂引起。岩石断裂则起因于典型的石油开采活动诱发的应力及压力变化。     

套损套变井加固补贴工艺

针对目前套管加固补贴工艺存在的密封性差、工艺复杂、施工强度大等问题,研制了水力机械式加固补贴工具.该工具由液压机构、加固补贴机构和丢手机构3部分组成,密封结构中采用了倒齿结构,因而密封可靠.工具操作简单,补贴后内通径较大.试验表明补贴完成后套管耐压能力及锚定力均可满足现场应用条件.     

双层组合套管内填充液体介质的力学分析

对双层组合套管内填充液体介质进行了力学分析,导出了该介质压力传递系数的具体表达式。分析了组合套管内壁等效应力随液体体积弹性模量K的变化规律,同时还分析了K=1.7×103MPa时,组合套管内壁等效应力随外压Pw的变化规律,为研究组合套管环空介质及预防套管破坏提供了重要的理论依据。     

套管柱和注汽管柱热弹性力学分析

结合固井和热采过程,分析了套管和注汽管柱在井内的受力状态,导出了注汽过程中套管和注汽管柱内各种应力的计算公式,给出了套管和注汽管柱强度校核方法。     

高压注水对砂岩层段套管的影响

通过对高压注水时砂岩的垂向形变特征和拉应力作用下套管强度性能的理论研究和计算,得出了高压注水对砂岩层段套管损坏的机理。以大庆榆树林油田砂岩段的套损情况为例,计算了注水压力、套管应力及套管强度之间的关系。     

电场作用下乳化液中乳胶粒子的稳态变形力学模型

 摘要：以乳化液中乳胶粒子稳态变形力学的一般模型为基础,利用面元积分法计算外电场对被极化乳胶粒子产生的作用力。根据变形乳胶粒子的受力平衡,推导出电场中乳胶粒子变形力学模型的解析表达式。基于该模型解析表达式分别计算了均匀电场作用下4种油的乳化液中乳胶粒子的变形拉伸比,得到的变形乳胶粒子在电场中拉伸比的数值解与Eow的实验结果基本吻合,表明建立的稳态变形力学模型表达式可准确地预测电场破乳过程中油液乳胶粒子的变形。     

机械-射流破岩耦合特性研究

在现代旋转钻井破碎井底岩石中仍是以机械破岩为主，理论与实践证明，射流辅助破岩是提高钻井破岩效率的重要途径，但它们的耦合特性研究极少。文章基于渗流场与应力场的耦合理论分析，进行了机械与射流破岩耦合特性的实验研究。结果表明：射流压力和水楔作用对岩石渗流场、应力场具有重要作用，耦合作用比非耦合作用的破岩效率有较大幅度的提高。在实验条件下，砂岩的耦合作用提高破岩效率40％左右，灰岩的耦合作用提高破岩效率20％左右。     

高压注水对砂岩层段套管的影响

通过对高压注水时砂岩的垂向形变特征和拉应力作用下套管强度性能的理论研究和计算，得出了高压注水对砂岩层段套管损坏的机理。以大庆榆树林油田砂岩段的套损情况为例，计算了注水压力、套管应力及套管强度之间的关系。     

油水井套管损坏的地质条件研究

本文从岩性、物性、岩石力学性质分析影响套管损坏的因素,确定出地层薄弱环节,找出损坏套管的“危险段”。提出防止套管损坏的措施。     

拉应力条件下油气井套管腐蚀机理研究

结合断裂力学理论,通过慢应变拉伸等系列实验,探讨了拉应力加速油气井套管腐蚀的机理,认为腐蚀和碰伤会加快套管裂纹的孕育,断裂韧性和断裂强度因子的变化对裂纹的扩展起加速作用。慢应变拉伸实验结果表明,拉应力作用下,钢材在强腐蚀性地层水中的力学性能比空气中明显下降,而添加缓蚀剂后,力学性能得到改善;断口电镜扫描显示在地层水中断口的裂纹增多,同时断裂敏感参数也说明钢材在地层水中出现了应力腐蚀断裂特征;试样失重实验结果证明应力腐蚀速率比无拉应力时高出13.6％～24％,添加缓蚀剂可使应力腐蚀速率显著降低;能谱分析表明缓蚀剂通过迅速成膜减缓腐蚀对裂纹的扩展作用,较大幅度减缓了钢材的应力腐蚀速率,同时可以使钢材的力学性能的受损幅度降低。     

管外封隔器在高压低渗油藏完井中的应用

胜利油田有许多断块的沙三、沙四段属高压低渗透油藏。在这些油藏钻的井,采用不同的完井方式,产油效果不同。在坨71断块完井8口,其中5口井采用双凝水泥固井,结果日产量低,生产周期短;采用管外封隔器完井,日产量高,生产周期长;采用降失水水泥浆体系固井,日产量适中。文中详细介绍了管外封割器的特点,以及在坨71井的应用情况。